JP3453130B2 - 雑音源判別装置及び方法 - Google Patents
雑音源判別装置及び方法Info
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Description
雑音故障の雑音源の判別に用いる雑音源判別装置及び方
法に関する。
庭内に高性能な電子機器が増加している。これらの電子
機器の高性能化による利便性の向上は著しく、高性能に
なればなるほど外来ノイズによる影響を受けやすくなる
傾向がある。これと平行し、近年の省エネルギー化の進
展により、インバータを組み込んだ家庭内電化製品が急
激に普及しつつあるが、これらインバータ内蔵製品由来
の外来ノイズによる可聴雑音の発生(いわゆる雑音故
障)が問題とされるようになってきている。
家が故障の現場で直に可聴雑音を聞き、個人的な経験か
ら可聴雑音源(インバータ内蔵製品等)を推定すること
によって行われている。また、(2)システム内の故障
等に伴う雑音源からの音源データを周波数スペクトラム
データに変換し、システムの正常時における音源データ
の周波数スペクトラムデータ、あるいは、異常時におけ
る音源データの周波数スペクトラムデータのうち少なく
とも一方を記憶し、雑音源からの音源データの周波数ス
ペクトラムデータとシステムの正常時、あるいは、異常
時における周波数スペクトラムデータとの差異を算出し
雑音源を判定する方法が提案されている(特開平6−341
892号公報 参照)。
(1)による雑音源の判別には、専門家の雑音による手
探りの調査が不可欠であり、システマティックな技術は
存在せず、不便であり、従来の(2)による雑音源の判
定においては、周波数スペクトラムがきわめてフラット
な雑音源に対しては、パワースペクトラムにおける周波
数軸上でのパワーの分布構造によって特徴づけようとす
る手法である従来の周波数解析によっては、特徴づけが
困難であった(図4(d),(e)参照)。
に、本発明による雑音源判別装置は、雑音源の特定にホ
ルマント解析を用いることを主要な特徴とする。すなわ
ち、本発明は、雑音源を判別する雑音源判別装置におい
て、可聴雑音を含む雑音源信号を受信する雑音受信部
と、雑音受信部からの信号をホルマント解析するホルマ
ント解析部と、雑音源のホルマント周波数分布統計情報
を記録したホルマント周波数分布統計データベース部
と、ホルマント解析部から出力されるホルマント情報と
ホルマント周波数統計データベース部のホルマント周波
数分布統計情報とのマッチングを行うデータマッチング
部と、を有することを特徴とする。本発明は上記の構成
を備えることにより、専門家でなくとも高い精度で雑音
源を判別することが可能となる。
施例1である雑音源判別装置の構成図であって、1は可
聴雑音を含む雑音源信号を受信する雑音受信部、2はA
/D変換部、3はホルマント解析部、4はホルマント周
波数分布統計計算部、5Aは雑音源ホルマント周波数分
布統計データベース部、6はデータマッチング部、7は
表示部である。図1の5Aにおいて、例えば、ノイズ源
Aはインバータ類、Bはテレビ電波、Cはデジタル信号
線、・・・を示し、f1(Hz),f2(Hz),・・・は各ノイズ源
のホルマント周波数、w1(Hz),w2(Hz),・・・はその帯域
幅を示す。
よる電圧変化として雑音受信部1で受信した雑音信号
(図4(a))を、A/D変換部2において、サンプリ
ング周波数を例えば150kHz以下の妨害波を伴う雑音
源については4kHz〜400kHzとしてデジタル化し、ホ
ルマント解析部3において解析次数を2〜16としてホ
ルマント解析を行う。ホルマント解析は、例えば、デジ
タル化された雑音源信号に時間窓がかけられフレームに
切り出された後、LPC(Linear Predictive Cordin
g)分析によって得られる予測係数anを用いて与えられる
式
出する。ここでNは解析次数である。LPC分析はもっ
ぱら音声認識分野で用いられているため、一般には可聴
周波数帯域のみに適用可能であると考えられている。し
かし、LPC分析は、一般的な時系列解析の手法を原理
として形成されている分析手法であることから、音声認
識に限らず、任意の周波数帯域の時系列に適用すること
ができる。上記予測係数anを用い、ホルマントと同時に
スペクトラム包絡を求めることもできる。スペクトラム
包絡は、従来の周波数解析に対応する(図4(d),
(e))。ホルマント解析により、解析次数に応じて1
〜8個のホルマント周波数の時系列、及び各ホルマント
周波数と組をなすホルマント帯域幅の時系列としてホル
マント情報(図4(b))が抽出される。
て、ホルマント解析部3の出力であるホルマント周波数
の時系列、及び各ホルマント周波数と組をなすホルマン
ト帯域幅の時系列よりサンプリング周波数に応じて閾値
よりホルマント帯域幅の狭いホルマント周波数をピック
アップし、ホルマントの周波数分布の時間平均を計算
し、計算結果としてホルマント周波数分布統計(図4
(c))を出力する。図4(c)を参照すると雑音源は
4つの特徴周波数によって構成されていることが明らか
である。ここで、閾値を設けずに全てのホルマント周波
数をピックアップしてもよい。閾値は、例えば、Sをサ
ンプリング周波数、Nを解析次数、aを0<a<1の範
囲の値をとるパラメータとして、aS/Nとして与える
方法があげられる。データマッチング部6において、ホ
ルマント周波数分布統計計算部4の出力であるホルマン
ト周波数分布統計のピークピッキングを行い、ピーク周
波数を抽出し、これと雑音源ホルマント周波数分布統計
データベース部5Aに記録された各ノイズ源に対応する
ピーク周波数データとの比較を行い、マッチした雑音源
を表示部7に表示する。
ば、最も強度の大きいピークの大きさの40%)を与
え、閾値よりも大きなピークのみをピックアップしても
よい。また、ピークピッキングによって得られた周波数
の数が、ホルマント周波数分布統計データベース部5A
で規定している周波数の数よりも少ない場合の処理例と
して、足りない分を、周波数の高い側に0Hzのホルマン
トがあるものとして(すなわち、空欄として)処理する
という方法がある。データのマッチングの方法として
は、例えば、g(x)を|x|>1に対して“0”、|x|<1に
対して“1”をとる関数、F_iをマッチングを行おうと
するi番目のピーク周波数、f_iとw_iとを雑音源ホルマ
ント周波数分布統計データベース部5Aに記録されたピ
ーク周波数データの、それぞれ周波数中心値と周波数幅
とし、Nを解析次数とし、b>0なるパラメータbを用
いて、1−g(2(b+Σg((f_i−F_i)/w_i))/N)
の値が1となるときにデータがマッチしたとみなす方法
がある。
ある雑音源判別装置の構成図であって、1は雑音受信
部、2はA/D変換部、3はホルマント解析部、5Bは
最低ピーク周波数と最高ピーク周波数を用いた雑音源ホ
ルマント周波数分布統計データベース部、6はデータマ
ッチング部、7は表示部、8はホルマントデータ記録部
である。マイクによる電気信号もしくはプローブによる
電圧変化として雑音受信部1で受信した雑音を、A/D
変換部2において、サンプリング周波数を例えば150
kHz以下の妨害波を伴う雑音源については4kHz〜400
kHzとしてデジタル化し、ホルマント解析部3において
解析次数を2〜16としてホルマント解析を行い、解析
次数に応じて1〜8個のホルマント周波数の時系列、及
び各ホルマント周波数と組をなすホルマント帯域幅の時
系列としてホルマント情報を抽出する。
ト解析部3の出力であるホルマント周波数時系列より、
各時刻ごとに最も周波数の高いホルマント周波数max(F)
と最も低いホルマント周波数min(F)とを抽出し、雑音源
ホルマント周波数分布統計データベース部5Bに記録さ
れたホルマント周波数データへのマッピングを行い、各
時刻において、雑音源ホルマント周波数分布統計データ
ベース部5Bに記録された各ノイズ源に対応するいずれ
かの円の中にデータがマッピングされる場合、その円に
対応する雑音源を表示部7に表示する。また、ホルマン
トデータ記録部8において、ホルマント解析部3の出力
であるホルマント周波数の時系列を記録する。この記録
データを別に解析し、ホルマント周波数分布統計データ
ベース部5Bのアップデートに用いることができる。
ある雑音源判別装置の構成図であって、1は雑音受信
部、2はA/D変換部、3はホルマント解析部、4はホ
ルマント周波数分布統計計算部、7は表示部、9はデー
タ通信部、10は通信網、5Cはホルマント周波数分布
統計データベース部、6はデータマッチング部、12は
ピッチ情報検出部である。マイクによる電気信号もしく
はプローブによる電圧変化として雑音受信部1で受信し
た雑音を、A/D変換部2において、サンプリング周波
数を例えば、150kHz以下の妨害波を伴う雑音源につ
いては4kHz〜400kHzとしてデジタル化、ホルマント
解析部3において解析次数を2〜16としてホルマント
解析を行い、解析次数に応じて1〜8個のホルマント周
波数の時系列、及び各ホルマント周波数と組をなすホル
マント帯域幅の時系列としてホルマント情報を抽出す
る。
て、ホルマント解析部3の出力であるホルマント周波数
の時系列よりホルマントの周波数分布の時間平均を計算
し、計算結果としてホルマント周波数分布統計を出力す
る。データ通信部9から通信網10を介してデータマッ
チング部6にホルマント周波数分布統計計算部4の出力
であるホルマント周波数分布統計を送信する。データマ
ッチング部6は、ホルマント周波数分布統計データベー
ス部5Cに記録された各ノイズ源のホルマント情報との
比較を行い、マッチした雑音源を通信網10を介してデ
ータ通信部9に送信し、データ通信部9はホルマント周
波数分布統計データベース部5Cから受信した雑音源を
表示部7に表示する。このように構成することによりホ
ルマント周波数分布統計データベース部5Cとデータマ
ッチング部6を共用することができる。また、ピッチ情
報検出部12において、A/D変換部2の出力よりピッ
チ情報を検出し、ピッチ情報の有無(有声/無声あるい
は雑音)を表示部7に表示する。ピッチ情報が検出され
た場合、漏話やラジオ等からの混信と判別することがで
きる。
音源を高い精度で機械判別を可能とする雑音源判別装置
が実現できる。
するための波形図。
ホルマント解析部、4・・・ホルマント周波数分布統計
計算部、5A,5C・・・雑音源ホルマント周波数分布
統計データベース部、5B・・・最高ピーク周波数と最
低ピーク周波数を用いた雑音源ホルマント周波数分布統
計データベース部、6・・・データマッチング部、7・
・・表示部、12・・・ピッチ情報検出部
Claims (11)
- 【請求項1】雑音源を判別する雑音源判別装置におい
て、 可聴雑音を含む雑音源信号を受信する雑音受信部と、雑
音受信部からの信号をホルマント解析するホルマント解
析部と、雑音源のホルマント周波数分布統計情報を記録
したホルマント周波数分布統計データベース部と、ホル
マント解析部から出力されるホルマント情報とホルマン
ト周波数統計データベース部のホルマント周波数分布統
計情報とのマッチングを行うデータマッチング部と、を
有することを特徴とする雑音源判別装置。 - 【請求項2】請求項1に記載の雑音源判別装置におい
て、 ホルマント解析部で解析したホルマントデータを記録す
るホルマントデータ記録部を有することを特徴とする雑
音源判別装置。 - 【請求項3】請求項1または2に記載の雑音源判別装置
において、 可聴雑音を含む雑音源信号のピッチ情報を検出するピッ
チ情報検出部を有することを特徴とする雑音源判別装
置。 - 【請求項4】請求項1乃至3のいずれか1項に記載の雑
音源判別装置において、 ホルマント解析部からのホルマント周波数の時系列より
ホルマントの周波数分布の時間平均を計算し、ホルマン
ト周波数分布統計をデータマッチング部に出力するホル
マント周波数分布統計計算部を有することを特徴とする
雑音源判別装置。 - 【請求項5】請求項1乃至4のいずれか1項に記載の雑
音源判別装置において、 ホルマント周波数分布統計データベース部とデータマッ
チング部は通信網を介して接続することを特徴とする雑
音源判別装置。 - 【請求項6】請求項1乃至5のいずれか1項に記載の雑
音源判別装置において、 データマッチング部は、ホルマント解析情報中の予め設
定された閾値よりも強度の大きいホルマント周波数のう
ち、最も周波数の低いホルマント周波数と最も周波数の
高いホルマント周波数との組を用いてデータマッチング
を行うことを特徴とする雑音源判別装置。 - 【請求項7】請求項1乃至5のいずれか1項に記載の雑
音源判別装置において、 データマッチング部は、ホルマント解析情報中の最も強
度の大きいホルマント周波数から順に数個のホルマント
周波数を抽出し、それらのホルマント周波数の組を用い
てデータマッチングを行うことを特徴とする雑音源判別
装置。 - 【請求項8】雑音源を判別する雑音源判別方法におい
て、 可聴雑音を含む雑音源信号を受信してホルマント解析
し、解析したホルマント情報と予め記録した雑音源のホ
ルマント周波数分布統計情報とのデータマッチングを行
い、雑音源の判別を行うことを特徴とする雑音源判別方
法。 - 【請求項9】請求項8に記載の雑音源判別方法におい
て、 データマッチングは、ホルマント解析したホルマント周
波数の時系列よりホルマントの周波数分布の時間平均を
計算し、ホルマント周波数分布統計を用いて行うことを
特徴とする雑音源判別方法。 - 【請求項10】請求項8に記載の雑音源判別方法におい
て、 データマッチングは、ホルマント解析情報中の予め設定
された閾値よりも強度の大きいホルマント周波数のう
ち、最も周波数の低いホルマント周波数と最も周波数の
高いホルマント周波数との組を用いて行うことを特徴と
する雑音源判別方法。 - 【請求項11】請求項8に記載の雑音源判別方法におい
て、 データマッチングは、ホルマント解析情報中の最も強度
の大きいホルマント周波数から順に数個のホルマント周
波数を抽出し、それらのホルマント周波数の組を用いて
行うことを特徴とする雑音源判別方法。
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